Відмінності між льодом, водою і водяною парою з однаковою температурою
Лід, вода і водяна пара — це різні фази однієї речовини — води. Вони мають різні фізичні властивості, незважаючи на те, що можуть мати однакову температуру.
Агрегатний стан
* Лід — тверда фаза води. Молекули води в льоді утворюють кристалічну структуру з певним розташуванням, що зумовлює жорсткість і форму льоду.
* Вода — рідка фаза води. Молекули води в рідкому стані розташовані в хаотичному порядку, що надає воді плинності й прийняття форми контейнера.
* Водяна пара — газоподібна фаза води. Молекули води в водяній парі знаходяться далеко одна від одної і рухаються хаотично, що дає парі властивості газу — він не має певної форми або об’єму.
Щільність
* Лід має найвищу щільність із трьох фаз через жорстку кристалічну структуру.
* Вода має проміжну щільність.
* Водяна пара має найнижчу щільність, оскільки молекули води в ній знаходяться найдалі одна від одної.
Теплоємність
* Теплоємність — це кількість тепла, яку потрібно надати речовині для підвищення її температури на один градус.
* Лід має найнижчу теплоємність, що пояснюється його впорядкованою структурою та сильними взаємодіями між молекулами води.
* Вода має проміжну теплоємність.
* Водяна пара має найвищу теплоємність через високу енергію її молекул.
Ентропія
* Ентропія — міра безладу чи хаотичності речовини.
* Лід має найнижчу ентропію через впорядковану структуру молекул.
* Вода має проміжну ентропію.
* Водяна пара має найвищу ентропію через хаотичний рух молекул.
Тиск насиченої пари
* Тиск насиченої пари — це тиск пари, при якому рідка і газова фази речовини можуть існувати в рівновазі.
* Для води залежність тиску насиченої пари від температури описує крива тиску пари, яка показує, що за певної температури тиск пари для води з рідкої та газоподібної фази є однаковим.
* Для води при температурі нижче точки подвійної температури (0,01 °C при атмосферному тиску) стабільним станом буде лід, а вище — вода або водяна пара.
Точка плавлення та кипіння
* Точка плавлення — це температура, при якій тверда фаза переходить у рідку фазу.
* Точка кипіння — це температура, при якій рідка фаза переходить у газоподібну фазу.
* Точка плавлення льоду становить 0 °C, а точка кипіння води становить 100 °C при атмосферному тиску.
* Для води і водяної пари точки плавлення і кипіння залежать від тиску, тоді як для льоду точка плавлення постійно становить 0 °C.
Оптичні властивості
* Лід прозорий, але може мати блакитний відтінок.
* Вода прозора, але може мати зеленуватий відтінок за великих об’ємів.
* Водяна пара безбарвна і прозора.
Інші властивості
* Лід має слизьку поверхню через відсутність тертя між його кристалами.
* Вода є добрим розчинником, тоді як лід і водяна пара — поганими.
* Водяна пара може утворювати туман або хмари в атмосфері.
* Лід може утворювати сніг, град або кригу.
5 часто задаваних запитань про відмінності між льодом, водою та водяною парою з однаковою температурою:
1. У чому полягає головна структурна відмінність між льодом, водою та водяною парою?
Відповідь: Ці три стани води відрізняються структурою та відстанню між молекулами. У льоду молекули води розташовані в упорядкованій кристалічній решітці. У воді молекули розташовані ближче одна до одної, але можуть вільно рухатися та обертатися. У водяній парі молекули води рухаються хаотично, покидаючи великі проміжки між собою.
2. Як температурне розширення впливає на стан води?
Відповідь: Температурне розширення є явищем, коли речовина розширюється при нагріванні і стискається при охолодженні. Вода є аномальною в цьому відношенні, тому що вона розширюється при охолодженні в діапазоні від 0 до 4 градусів Цельсія. Це означає, що лід менш щільний, ніж вода, і тому плаває зверху.
3. Чому лід має нижчу щільність, ніж вода?
Відповідь: Щільність речовини визначається співвідношенням її маси до об'єму. У випадку льоду, незважаючи на схожу температуру з водою, кристалічна структура льоду займає більший об'єм. Це, в свою чергу, призводить до нижчої щільності льоду порівняно з водою.
4. Як водяна пара відрізняється за теплопровідністю від води і льоду?
Відповідь: Теплопровідність визначає здатність матеріалу передавати тепло. З трьох станів води, водяна пара має найнижчу теплопровідність через великі проміжки між молекулами. Вода має вищу теплопровідність, а лід має найвищу з трьох через щільне розташування молекул.
5. Як тиск впливає на фазові переходи води?
Відповідь: Тиск грає важливу роль у фазових переходах води. При підвищенні тиску температура плавлення води знижується, а температура кипіння підвищується. Це означає, що при високих тисках вода може існувати у рідкому стані навіть при температурах нижче 0 градусів Цельсія, а також може кипіти при температурах вище 100 градусів Цельсія.